de.wedoany.com-Bericht: Chinesischen Forschern ist die erfolgreiche Entwicklung einer fließenden Zink-Schlamm-Batterie gelungen, die 5.128 Stunden ununterbrochen betrieben werden kann und eine neue langlebige Energiespeicherlösung für erneuerbare Energiesysteme bietet.
Das von Forscherteams der Fudan-Universität und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte Gerät ersetzt die herkömmliche feste Zinkelektrode durch einen fließenden Schlamm aus Zink-Nanopartikeln, die in einer leitfähigen Flüssigkeit suspendiert sind. Dieses Design überwindet erfolgreich die technischen Herausforderungen, die Zink-basierte Flüssigkeitsbatterien lange Zeit plagten, indem es eine kontinuierliche Zirkulation des aktiven Materials ermöglicht. Die Batterie ist dafür ausgelegt, überschüssigen Strom von Solarzellen und Windturbinen zu speichern und freizugeben, wenn die Erzeugung erneuerbarer Energien nachlässt.
In Labortests erreichte das System einen Coulomb-Wirkungsgrad von 99,94 %. Eine Zink-Manganoxid-Batterie mit identischer Architektur behielt nach 5.500 Lade-Entlade-Zyklen 81,1 % ihrer ursprünglichen Kapazität, was eine hervorragende Haltbarkeit zeigt. Der Leiter des Forschungsteams, Fei Wang, erklärte in einem Medieninterview, dass der Hauptvorteil des Designs darin liege, Zink von einer statischen Elektrode in einen dynamischen Energieträger zu verwandeln. Das neue Design verzichtet auf die feste Zinkelektrode und wandelt stattdessen das Zink selbst in einen fließfähigen Energieträger um.
Die Batterie kombiniert Zink-Nanopartikel mit einem hohlen Kohlenstoffgerüst und einem ligandenkontrollierten Elektrolyten. Diese Komponenten tragen dazu bei, die Agglomeration der Zinkpartikel während wiederholter Lade-Entlade-Zyklen zu verhindern und gleichzeitig eine stabile elektrochemische Reaktion aufrechtzuerhalten. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass die Fließstruktur eine Trennung von Speicherkapazität und Leistungsabgabe ermöglicht, was die Skalierung der Batterie für längerfristige Anwendungen erheblich vereinfacht, ohne dass eine Neukonstruktion der elektrochemischen Zelle erforderlich ist. Fei Wang gab an, dass er bei einem Besuch einer Zinkelektrolyseanlage inspiriert wurde und erkannte, dass der industrielle Elektronengewinnungsprozess, bei dem Zn²⁺ in metallisches Zink umgewandelt wird, direkt für die Energiespeicherung genutzt werden kann.
Laut dem Forschungsteam löst die Kombination der Fließstruktur mit der ligandenkontrollierten Grenzflächenchemie die Schlüsselprobleme, die Zink-Schlamm-Systeme einschränken, darunter Partikelagglomeration, instabile Reaktionen und Grenzflächendegradation. Das Team ist überzeugt, dass die Technologie letztendlich die großflächige Stromspeicherung für intermittierende erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windparks unterstützen kann. Durch die Vergrößerung des Schlammvolumens in externen Tanks kann die Energiekapazität der Batterie erhöht werden, ohne dass wesentliche Änderungen am elektrochemischen Kernsystem erforderlich sind. Fei Wang erklärte, dass sich die zukünftige Forschung darauf konzentrieren werde, das Konzept des fließenden Zink-Schlamms vom Labormaßstab in ein praktisches Langzeit-Energiespeichersystem zu überführen. Geplant seien die Optimierung der Schlammchemie, die Verbesserung der Systemintegration und die Erforschung der Entwicklung ähnlicher fließfähiger Metall-Energieträger über Zink-basierte Systeme hinaus.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlicht.
